一種流動(dòng)沸騰微小型換熱器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種流動(dòng)沸騰微小型換熱器，包括換熱器殼體、設(shè)置在換熱器殼體內(nèi)的換熱結(jié)構(gòu)通道以及設(shè)置在換熱結(jié)構(gòu)通道兩端的入口通道和出口通道，其特征在于：所述入口通道由冷凝介質(zhì)輸入口、蓄流池和入口分流通道組成，所述蓄流池連接在所述冷凝介質(zhì)輸入口與入口分流通道之間，所述出口通道由冷凝介質(zhì)輸出口和出口分流通道組成，在所述換熱結(jié)構(gòu)通道內(nèi)設(shè)置有微肋柱群和支撐柱，所述微肋柱群由截面尺寸服從分形布朗運(yùn)動(dòng)特性的呈面狀分布且高度滿(mǎn)足正態(tài)分布的微肋柱組成，所述支撐柱呈陣列分布在所述微肋柱群的中央。本發(fā)明流動(dòng)沸騰微小型換熱器的傳熱效率高，流動(dòng)阻力損失小，換熱器表面的溫度更加均勻，工作穩(wěn)定且使用壽命長(zhǎng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種流動(dòng)沸騰微小型換熱器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種換熱裝置，具體設(shè)及的是一種為強(qiáng)化高熱流換熱性能而設(shè)計(jì)的具 有隨機(jī)分形特征的多孔結(jié)構(gòu)的流動(dòng)沸騰換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，各種電子器件均向小型化集成化W及高頻高速的方 向發(fā)展，電子器件的熱流密度急劇增大，使得電子設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命面臨極大的挑 戰(zhàn)，嚴(yán)重制約了微電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。因此，優(yōu)化電子元器件散熱裝置的傳熱 性能，及時(shí)有效地降低電子元器件的溫度，從而使得電子元器件能夠穩(wěn)定安全地工作，已經(jīng) 成為微電子設(shè)備制造領(lǐng)域亟需解決的難題。
[0003] 流動(dòng)沸騰換熱技術(shù)由于具有換熱強(qiáng)度高、傳熱溫差小等特性，已經(jīng)成為目前微電 子設(shè)備散熱強(qiáng)化領(lǐng)域的重要技術(shù)。目前，流動(dòng)沸騰換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要集中在提高換熱 面積，增加工質(zhì)的擾動(dòng)W及增加氣化核屯、等方面。然而，現(xiàn)有的運(yùn)些流動(dòng)沸騰換熱器雖然能 夠在一定程度上提高換熱效率，但是同時(shí)也帶來(lái)了一些其他的問(wèn)題，如換熱器的體積變大、 冷凝介質(zhì)的阻力損失增大等，從而導(dǎo)致制造成本增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決現(xiàn)有流動(dòng)沸騰換熱器設(shè)計(jì)上存在的不足，W及經(jīng)濟(jì)效益和傳熱效能無(wú)法實(shí) 現(xiàn)最大化結(jié)合的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種換熱效率高易于小型化、微型化的流動(dòng)沸騰換熱 器。
[0005] 為解決流動(dòng)沸騰換熱器設(shè)計(jì)上存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種流動(dòng)沸騰微小型換熱器，包括換熱器殼體、設(shè)置在換熱器殼體內(nèi)的換熱結(jié)構(gòu) 通道W及設(shè)置在換熱結(jié)構(gòu)通道兩端的入口通道和出口通道，其特征在于:所述入口通道由 冷凝介質(zhì)輸入口、蓄流池和入口分流通道組成，所述蓄流池連接在所述冷凝介質(zhì)輸入口與 入口分流通道之間，所述出口通道由冷凝介質(zhì)輸出口和出口分流通道組成，在所述換熱結(jié) 構(gòu)通道內(nèi)設(shè)置有微肋柱群和支撐柱，所述微肋柱群由截面尺寸服從分形布朗運(yùn)動(dòng)特性的呈 面狀分布且高度滿(mǎn)足正態(tài)分布的微肋柱組成，所述支撐柱呈陣列分布在所述微肋柱群的中 央。
[0007] 支撐柱均勻分布在受限空間的中間位置，有利于流動(dòng)沸騰換熱器整體的受力均 勻，在支撐柱周?chē)硗獠贾弥⒗咧?，微肋柱群中所有微肋柱的截面尺寸均服從分形?朗運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特性，在受限空間內(nèi)形成一種隨機(jī)分形流道，使得發(fā)生相變的冷凝介質(zhì)能夠 迅速地將熱源散發(fā)的熱量由點(diǎn)到面進(jìn)行擴(kuò)散，傳熱效率高且流動(dòng)阻力損失?。欢覔Q熱器 表面的溫度也更加均勻，大大提高了換熱器的壽命。此外，運(yùn)些微肋柱的高度滿(mǎn)足正態(tài)分布 的特性，在受限空間內(nèi)形成了高低起伏之勢(shì)，一方面增加了冷凝介質(zhì)流動(dòng)沸騰換熱過(guò)程中 的氣化核屯、，另一方面也起到了毛細(xì)累的作用，促進(jìn)了所述的受限空間內(nèi)冷凝介質(zhì)的擾流， 進(jìn)一步強(qiáng)化了沸騰換熱的效率。
[0008] 入口通道由冷凝介質(zhì)輸入口、蓄流池和分流通道組成，冷凝介質(zhì)由輸入口進(jìn)入蓄 流池，再經(jīng)過(guò)入口分流通道均勻地進(jìn)入沸騰換熱結(jié)構(gòu)區(qū)域，有效地防止了流動(dòng)沸騰換熱器 出現(xiàn)局部過(guò)熱。
[0009] 所述換熱器殼體包括上蓋板W及導(dǎo)熱基板，所述換熱結(jié)構(gòu)通道設(shè)置在一沸騰換熱 器主體上，該沸騰換熱器主體位于所述上蓋板與導(dǎo)熱基板之間，所述上蓋板和導(dǎo)熱基板組 合形成了封閉的受限空間。
[0010] 在所述導(dǎo)熱基板的內(nèi)表面有一層立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的疏水性納米材料，水在所述疏水 性納米材料的表面的接觸角為95°~160°。疏水性強(qiáng)，既能增加沸騰的氣化核屯、，同時(shí)不會(huì) 給冷凝介質(zhì)造成很大的阻力損失。
[0011] 所述微肋柱群的截面尺寸服從分形布朗運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特性，其中位于前一級(jí)正方形 中屯、的下一級(jí)微肋柱的截面尺寸為4個(gè)頂點(diǎn)處所述微肋柱截面尺寸的均值與滿(mǎn)足正態(tài)分布 Ν(0，σι2)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)之和;位于前一級(jí)正方形邊界中點(diǎn)的下一級(jí)微肋柱的截面尺寸為2個(gè) 端點(diǎn)處所述微肋柱截面尺寸的均值與滿(mǎn)足正態(tài)分布Ν(0,〇22)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)之和;方差與
其中化取0到1之間的實(shí)數(shù)，01和02均為巧Ij2之間的實(shí)數(shù)，每一級(jí)微肋柱 的高度hfin為在區(qū)間[Oh]之間滿(mǎn)足正態(tài)分布N化/2,化2)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，Oh為高度方差，大小 取[0 1 ]之間的實(shí)數(shù)，換熱器殼體的高度Η為0.1mm~3mm之間。
[0012] 沸騰換熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為滿(mǎn)足分形布朗運(yùn)動(dòng)特性的隨機(jī)性分形結(jié)構(gòu)，不僅充分利用了 分形結(jié)構(gòu)的高比表面積和彌散效應(yīng)，有效地將熱源散發(fā)的熱量及時(shí)地由點(diǎn)及面分散開(kāi)來(lái)， 強(qiáng)化了沸騰換熱的效率，而且沸騰換熱結(jié)構(gòu)的分形特性使得冷凝介質(zhì)流動(dòng)過(guò)程中的阻力損 失有所降低，降低了運(yùn)行成本，從而實(shí)現(xiàn)了流動(dòng)沸騰換熱器的高效換熱和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
[OOU]有益效果
[0014] 本發(fā)明設(shè)及一種具有隨機(jī)分形特征換熱結(jié)構(gòu)的流動(dòng)沸騰微小型換熱器。該流動(dòng)沸 騰微小型換熱器利用截面尺寸具有分形布朗運(yùn)動(dòng)特性的微肋柱，在受限空間內(nèi)形成一種隨 機(jī)分形流道，不僅改善了傳熱性能，降低了冷凝介質(zhì)的流動(dòng)阻力損失，同時(shí)也使得換熱器表 面的溫度更加均勻。而且，運(yùn)些微肋柱的高度滿(mǎn)足正態(tài)分布的特性，在受限空間內(nèi)形成高低 起伏之勢(shì)，一方面增加了冷凝介質(zhì)流動(dòng)沸騰換熱過(guò)程中的氣化核屯、，另一方面也起到了毛 細(xì)累的作用，促進(jìn)了受限空間內(nèi)冷凝介質(zhì)的擾流，進(jìn)一步強(qiáng)化了沸騰換熱的效率。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1流動(dòng)沸騰微小型換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2流動(dòng)沸騰微小型換熱器的主視圖；
[0017] 圖3沸騰換熱器主體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖4沸騰換熱結(jié)構(gòu)的布置示意圖；
[0019] 圖中，1.沸騰換熱器主體；2.上蓋板;3 .導(dǎo)熱基板;4.入口通道;5.沸騰換熱結(jié)構(gòu)； 6.出口通道;7.輸入口；8.分流通道;9.蓄流池;10.輸出口； 11.微肋柱群;12.支撐柱。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0021] 本發(fā)明提出的流動(dòng)沸騰微小型換熱器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，流動(dòng)沸騰微小型換熱器 主要包括上蓋板2、導(dǎo)熱基板3W及沸騰換熱器主體1，上蓋板2和導(dǎo)熱基板3組合形成了封閉 的受限空間。導(dǎo)熱基板的內(nèi)表面通過(guò)溶膠-凝膠法形成一層立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的納米材料，運(yùn)種 材料的表面水接觸角在95°~160°之間，疏水性極強(qiáng)，既能夠增加沸騰過(guò)程中的氣化核屯、， 同時(shí)又不會(huì)給冷凝介質(zhì)造成很大的阻力損失。
[0022] 圖2為流動(dòng)沸騰微小型換熱器的主視圖，為了適應(yīng)電子設(shè)備微小型化的發(fā)展趨勢(shì)， 流動(dòng)沸騰換熱器的高度Η被設(shè)計(jì)為0.1mm~3mm之間。
[0023] 受限空間內(nèi)布置著沸騰換熱器主體1，其具體布局如圖3所示。沸騰換熱器主體1包 括入口通道4、沸騰換熱結(jié)構(gòu)5W及出口通道6。入口通道4由冷凝介質(zhì)輸入口7、蓄流池9和分 流通道8組成，出口通道6由冷凝介質(zhì)輸出口 10和分流通道8組成。在流動(dòng)沸騰換熱器運(yùn)行 時(shí)，冷凝介質(zhì)首先由入口進(jìn)入蓄流池，再經(jīng)過(guò)分流通道均勻地進(jìn)入沸騰換熱結(jié)構(gòu)區(qū)域，其 后，被加熱的冷凝介質(zhì)又通過(guò)出口通道的分流通道充分匯合后由出口處離開(kāi)，有效地防止 了流動(dòng)沸騰換熱器出現(xiàn)局部過(guò)熱。
[0024] 沸騰換熱結(jié)構(gòu)的布置示意圖如圖4所示，包括微肋柱群11和支撐柱12。4根支撐柱 12呈矩形陣列均勻分布在受限空間的中間，有利于流動(dòng)沸騰換熱器整體的受力均勻，在支 撐柱12周?chē)硗獠贾弥⒗咧?1，微肋柱的截面尺寸服從分形布朗運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特性，位 于前一級(jí)正方形中屯、的下一級(jí)微肋柱的截面尺寸為4個(gè)頂點(diǎn)處微肋柱截面尺寸的均值與滿(mǎn) 足正態(tài)分布N(0,〇i2)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)之和;位于前一級(jí)正方形邊界中點(diǎn)的下一級(jí)微肋柱的截 面尺寸為2個(gè)端點(diǎn)處微肋柱截面尺寸的均值與滿(mǎn)足正態(tài)分布N(0，〇22)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)之和;方 差I(lǐng)
癢中分形布朗運(yùn)動(dòng)的化rst指數(shù)化可W取0到1之間的實(shí)數(shù)，〇1和 02均為1到2之間的實(shí)數(shù)。而且，每一級(jí)微肋柱的高度hfin為在區(qū)間[Oh]滿(mǎn)足正態(tài)分布N化/2， 化2)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)(Oh為高度方差，大小取[0 1]之間的實(shí)數(shù)），換熱器殼體的高度Η為0.1mm ~3mm之間。沸騰換熱結(jié)構(gòu)的運(yùn)種布置方式不僅在受限空間內(nèi)形成一種隨機(jī)分形流道，使得 發(fā)生相變的冷凝介質(zhì)能夠迅速地將熱源散發(fā)的熱量由點(diǎn)到面進(jìn)行擴(kuò)散，傳熱效率高且流動(dòng) 阻力損失小，換熱器表面的溫度也更加均勻，大大提高了換熱器的壽命。而且，由于微肋柱 群的高度滿(mǎn)足正態(tài)分布的特性，在受限空間內(nèi)形成了高低起伏之勢(shì)，一方面增加了冷凝介 質(zhì)流動(dòng)沸騰換熱過(guò)程中的氣化核屯、，另一方面也起到了毛細(xì)累的作用，促進(jìn)了受限空間內(nèi) 冷凝介質(zhì)的擾流，進(jìn)一步強(qiáng)化了沸騰換熱的效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種流動(dòng)沸騰微小型換熱器，包括換熱器殼體、設(shè)置在換熱器殼體內(nèi)的換熱結(jié)構(gòu)通 道以及設(shè)置在換熱結(jié)構(gòu)通道兩端的入口通道和出口通道，其特征在于:所述入口通道由冷 凝介質(zhì)輸入口、蓄流池和入口分流通道組成，所述蓄流池連接在所述冷凝介質(zhì)輸入口與入 口分流通道之間，所述出口通道由冷凝介質(zhì)輸出口和出口分流通道組成，在所述換熱結(jié)構(gòu) 通道內(nèi)設(shè)置有微肋柱群和支撐柱，所述微肋柱群由截面尺寸服從分形布朗運(yùn)動(dòng)特性的呈面 狀分布且高度滿(mǎn)足正態(tài)分布的微肋柱組成，所述支撐柱呈陣列分布在所述微肋柱群的中 央。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動(dòng)沸騰微小型換熱器，其特征在于:所述換熱器殼體包括上 蓋板以及導(dǎo)熱基板，所述換熱結(jié)構(gòu)通道設(shè)置在一沸騰換熱器主體上，該沸騰換熱器主體位 于所述上蓋板與導(dǎo)熱基板之間，所述上蓋板和導(dǎo)熱基板組合形成了封閉的受限空間。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的流動(dòng)沸騰微小型換熱器，其特征在于:在所述導(dǎo)熱基板的內(nèi)表 面有一層立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的疏水性納米材料，水在所述疏水性納米材料的表面的接觸角為 95°~160°。4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的流動(dòng)沸騰微小型換熱器，其特征在于:所述微肋柱群的 截面尺寸服從分形布朗運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特性，其中位于前一級(jí)正方形中心的下一級(jí)微肋柱的截 面尺寸為4個(gè)頂點(diǎn)處所述微肋柱截面尺寸的均值與滿(mǎn)足正態(tài)分布N(0, 〇12)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)之 和;位于前一級(jí)正方形邊界中點(diǎn)的下一級(jí)微肋柱的截面尺寸為2個(gè)端點(diǎn)處所述微肋柱截面 尺寸的均值與滿(mǎn)足正態(tài)分布Ν(0，σ22)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)之和;方差〇1 2與〇22之比，其 中Hu取0到1之間的實(shí)數(shù)，σ4Ρσ2均為1到2之間的實(shí)數(shù)，每一級(jí)微肋柱的高度hfin為在區(qū)間 [〇h]之間滿(mǎn)足正態(tài)分布N(h/2,〇h2)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，〇h為高度方差，大小取[01]之間的實(shí)數(shù)，h 為沸騰換熱器主體的厚度。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的流動(dòng)沸騰微小型換熱器，其特征在于:換熱器殼體的高度Η為 0.1mm~3mm之間。
【文檔編號(hào)】H05K7/20GK106061199SQ201610420341
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】張程賓, 陳永平, 黃永平
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)